Akumulator cynkowo-powietrzny

Z Wikipedii

Akumulator cynkowo-powietrzny rodzaj akumulatora elektrycznego, opartego na ogniwach galwanicznych zbudowanych z elektrody cynkowej, porowatej membrany z węgla aktywnego oraz stężonego roztworu wodnego wodorotlenku potasu, spełniającego rolę elektrolitu.

Akumulator cynkowo-powietrzny jest stosunkowo nowym typem akumulatora, będącym wciąż w fazie badań. Budowa jest zbliżona do jednorazowych ogniw cynkowo-powietrznych, stosowanych masowo jako źródło prądu w aparatach słuchowych i urządzeniach przywoławczych.

[edytuj] Konstrukcja i działanie

Klasyczny akumulator cynkowo-powietrzny składa się z zestawu wymiennych elektrod cynkowych spełniających rolę anody, oraz porowatej membrany z węgla aktywnego, będącego jednocześnie przegrodą między elektrolitem a powietrzem atmosferycznym. Każde ogniwo generuje siłę elektromotoryczną równą 1,65 V. Moc pojedynczego ogniwa zależy od sumarycznej powierzchni elektrod cynkowych.

W ogniwie tym, w trakcie poboru prądu zachodzą następujące reakcje chemiczne na elektrodach:

anoda - utlenianie

$\mbox{Zn} +\mbox{OH}^{-} \leftrightarrow \mbox{Zn(OH)}_{2} +2e^- \quad\epsilon^o = -1,25 V$

katoda - redukcja

$\mbox{O}_{2} +\mbox{2H}_{2}\mbox{O} +4e^- \leftrightarrow \mbox{4OH}^{-} \quad\epsilon^o = 0,4 V$

sumarycznie:

$\mbox{2Zn} +\mbox{O}_{2} \leftrightarrow \mbox{Zn(OH)}_{2} \quad\epsilon^o = 1,65 V$

W trakcie ładowania zachodzą dokładnie takie same reakcje, tyle że w drugą stronę.

Jak widać, katodą w procesie rozładowania jest atmosferyczny tlen absorbowany na membranie z węgla aktywnego i ulegający reakcji w kontakcie ze środowiskiem elektrolitu. Stan całkowitego rozładowania akumulatora polega na całkowitym przekształceniu elektrody cynkowej w wodorotlenek cynku. W procesie ładowania, z akumulatora jest uwalniany tlen do atmosfery.
Akumulator ten pracuje w systemie otwartym, tj. do jego pracy wymagany jest dostęp powietrza.

Akumulatory te są bardzo obiecujące pod względem ilości magazynowanej energii - w kilogramie masy akumulatora potrafią zgromadzić 2-3 razy więcej energii niż obecnie (2006) najpopularniejsze akumulatory litowo-polimerowe. Sprawność akumulatora zależy od powierzchni kontaktu tlenu z elektrodą węglową oraz wielkości elektrody cynkowej (większa powierzchnia ułatwia wymianę elektronów z elektrolitem.

Obecnie prace badawcze koncentrują się na wersjach rozwojowych tego akumulatora - obecnie produkuje się wyłącznie jednorazowe ogniwa cynkowo-powietrzne używane przede wszystkim w aparatach słuchowych i urządzeniach przywoławczych.

[edytuj] Zalety

wysoka gęstość energii na kg masy akumulatora
tanie surowce do produkcji
niski poziom samorozładowania zabezpieczonego akumulatora (<2%/rok)
możliwość poboru dużych prądów
w przypadku rozładowania akumulatora możliwe "mechaniczne naładowanie" poprzez wymianę zużytej katody cynkowej na nową

[edytuj] Wady

słaba oporność na skrajne temperatury oraz wilgoć
negatywny wpływ CO₂ zwiększający opór wewnętrzny akumulatora
wysoki poziom samorozładowania niezabezpieczonego akumulatora (tj. przy dostępie powietrza)
higroskopijność akumulatora
wysoki opór wewnętrzny podczas poboru dużych prądów